“以学生为中心”的启发式教学法在结构力学教学中的应用

黄湘湘

摘要：本文以结构分析的能力建设为目标，从丰富课程资源、调整教学计划、设置小班指导讨论课、进行阶段测验和布置课程设计等方面进行结构力学的教学改革，以提高学生分析、创新、解决问题的能力和综合素质，取得良好的教学效果。

关键词：启发式教学；结构力学；实践能力建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）33-0149-02

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的重大改革項目，明确提出要“强化培养学生的工程能力和创新能力”。作为土木工程专业的一门非常重要的专业基础课，结构力学的教学不仅包括知识的传授，也必须体现“结构分析的能力建设”。“以学生为中心”的启发式、讨论式教学，能调动学生的积极性，激发他们的求知欲，提高分析和自学能力。

二、兴趣引导

结构力学课程逻辑性强，解题方法灵活、技巧多，许多学生在学习时普遍感到有难度，所以教师必须帮助学生维持对结构力学的兴趣和热情，不断克服困难，最终完全掌握课程内容，取得学习的乐趣与成就感。

（一）丰富教学资源，完善课程网站

湖南大学课程中心于2013年启动建设，每位教师均可依托课程中心平台建设课程网站，在课程网页上即时发布课程通知、课程简介、教师简介、教学大纲、教学日历、教学课件、教学重点和难点及其他资源等。学生能够在开学之前就了解课程相关信息，做到心中有数，也能在课程学习进程中随时下载辅助资料，熟悉知识点。

（二）首次课的重要性

首次课必须把学生的兴趣和积极性完全调动起来。例如，可以介绍相关国家基础设施建设的最新进展或古今中外的著名土木工程实例等。由于各种因素的影响，少部分学生理论力学或材料力学的学习效果不好，极大地增加学生的畏难和抵制情绪。因此，教师要安抚好这部分学生，告诉他们只要紧跟课堂，不懂就问，下足功夫，完全可以学好结构力学。事实也证明了这一点。另外，要把结构力学在土木工程中的重要地位讲透，不仅是在学习阶段，在今后的工作中，只要和土木相关，就离不开结构力学。

三、实践能力强化

结构力学的教学目的是，逐渐培养学生的计算能力（方法思路选择、手算、机算、评价计算结果）、创新能力（结构形式创新、计算方法创新）及综合运用结构力学分析、解决实际工程问题的能力。

（一）教学计划的适当调整

依托结构力学的新教材建设和学生实际学习情况，适当修改各知识点的教学计划，加强有讨论余地、能拓展学生思维的内容的阐述，如弯矩图的绘制、桁架的计算、结构对称性的应用和剪力静定杆的巧用等。

（二）小班讨论课的充分利用

目前，“大班授课+小班指导讨论课”的教学模式，正在普遍运用在湖南大学结构力学的课程教学中。小班讨论课是课堂授课与学生课外复习、自学拓展的桥梁。在小班讨论课上，着重进行知识点梳理（包括结构力学与其他课程相关知识的联系）和专题讨论，综合运用提问、对比、阐述、讨论等多种教学手段，让学生了解原理、方法的内在联系，引导他们多思考，构建出完整的知识体系。

（三）阶段测验

湖南大学结构力学分两个学期授课，每学期除期末考试外，另各安排三次阶段测验。阶段测验能增加学生学习的紧迫感，督促他们尽快形成知识体系，提高分析计算的能力，有利于推动教学进程发展。教师在阶段测验命题时，一是注重对必须掌握的基本知识点的考查，为后续教学打好知识基础；二是注意难度不应过大，让学生感受成功，树立信心，激发学习的积极性；三是尽量贴合工程实际问题。测验结束后及时讲解试卷，将考试与课堂教学相互联系、相互促进，使学生从考试中进一步明确课程的教学重点。

（四）课程设计

结构力学共安排两次课程设计，布置时间分别是力法教学期间和矩阵位移法教学期间。课程设计要求学生以组为单位（每组2—4人），提交纸质版（电子版打印）设计报告，要求表述完整，排版美观，每个组员独立撰写设计体会。

两次课程设计的内容是：

1.第一次课程设计。

设计条件：4—6根相同材料的等截面等长杆件，杆长L=4m；荷载由二组沿杆长L均匀分布的荷载q构成，q=6kN/m。

设计目标：尽量追求内力分布均匀，弯矩的绝对值最小。

设计内容：

（1）静定结构设计。

设计多个静定结构及二组荷载q的作用位置，进行结构内力分析，根据设计目标选择本学生小组的最优静定结构。

（2）一次超静定结构设计。

各组以各自选出的最优静定结构设计方案为基础，根据设计目标，确定多余约束的位置，设计一个在相同荷载作用下的一次超静定结构。

对于本次设计，教师要提供课程设计的任务书与简单示例。

2.第二次课程设计。

一个3跨6层的左右对称框架结构，承受自重荷载作用（荷载左右对称），用excel（实施力矩二次分配法）和结构力学求解器作为计算工具，画出其弯矩图。

对于本次设计，教师补充讲解力矩二次分配法、结构力学求解器的基本使用方法和excel简单用法，提供课程设计任务书、结构力学求解器程序（学生版）与2跨2层框架的excel实施力矩二次分配法的示例。

有关学生反馈，完成第一次课程设计后，学生可以加深对结构中杆件、荷载和约束关系的认识，直观了解工程实践中减小构件弯矩的常规方法，如设置中间支撑和刚节点等；完成第二次课程设计后，学生可以比较力矩二次分配法、力矩分配法和精确方法的适用范围、计算量和计算精度，初次接触根据结构力学原理使用计算机分析问题的实例，初步掌握用excel辅助工程计算方法和结构力学求解器的使用方法。

在课程设计中，各学生小组必定会遇到各种困难。他们可以随时求助于教师，但教师应鼓励学生采用上网查资料、小组讨论、小组互助等方式，让他们先尝试自己解决问题。许多学生说，通过课程设计，他们不但打通了知识点，形成概念—原理—方法—计算过程—工程实际问题的知识体系，还进一步培养了自学能力、独立思考能力、交流能力和团队协作能力，增加对土木工程学习的兴趣和信心。

湖南大學结构力学的期末综合成绩，由期末考试、阶段测验、课程设计、日常作业、课堂表现及出勤几部分组成，加强了平时的考核力度。考虑到课程设计对学生的要求比较高，该项在期末综合成绩中占5%。

四、结语

“以学生为中心”的启发式教学，不再以单向地灌输知识为主，而是以学生掌握思路、学到方法和提高能力为主，以课内带动课外、课外补充课内的方式，增强师生交流，突出教学重点，充分调动学生的学习积极性，将教学内容与工程实际相结合。通过解决工程问题拓宽学生的知识面，增强他们对力学概念和原理的理解、应用，提高分析、创新、解决问题的能力和综合素质，这是高校培养应用型工程人才的一个有效手段。

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Application of "Student Centered" Heuristic Teaching Method in Structural Mechanics

HUANG Xiang-xiang

（College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan 410082，China ）

Abstract：With the goal of ability construction of structural analysis，the teaching reform of structural mechanics is carried out from the following aspects：enriching teaching resources，adjusting the teaching plan，setting up discussion classes，setting up stage tests and arranging course designs，to improve the students' ability of analysis，innovation，problem solving，and the comprehensive quality of students，and favorable teaching effect has been obtained.

Key words：heuristic teaching method；structural mechanics；practical ability building